地球物理學 · 課程導覽
結合理論 × 資料處理 × 實作
用地球物理思維，打造你的資料與工程能力
本課以「地球物理知識」與「資料處理技能」雙軸並進：從地球結構、地震學、折射探勘學到 ObsPy、PyGMT、Streamlit/Gradio。 我們以真實案例（花蓮地震）帶你完成資料取得、處理、分析、視覺化與報告的完整流程。
本課重點（Course Objectives）
- 理解地球物理的核心概念與常見應用場景（工程、減災、能源）。
- 建立可複製的資料工作流：資料取得 → 清理 → 分析 → 視覺化 → 溝通。
- 熟悉 Python/ObsPy/PyGMT 與 雲端開發環境（Colab、Codespaces）。
- 產出一份「可展示」的成果頁（報告/互動網頁/小工具）。
🔒 安全第一 · 資料與系統操作請遵守實驗室規範
課程介紹與結構
地球物理知識
板塊構造、地震波、地球內部結構、折射探勘、資料詮釋。
資料處理技能
Python 基礎、ObsPy 讀取波形、PyGMT 製圖、Gradio/Streamlit 建站。
作品導向
每階段有小任務，期末整合成可上線的互動頁或專題報告。
週次進度（節選）
第 1 週 · 課程介紹
說明上課方式、評分、學習資源；地球物理概要
環境建置：註冊 Google / Hugging Face / GitHub；試用 Colab、Codespaces。
第 2 週 · 折射探勘學 × 工具實作
理論：速度構造與臨界折射；實作：PyGMT 製作剖面地圖、ObsPy 讀取波形、Gradio 簡易 UI。
第 3 週 · 校園野外實驗（折射探勘）
分組佈設、資料記錄與品質控管；建立「觀測記錄表」並回傳原始檔。
第 4 週 · 地震學專題
P/S 波基本理論、走時曲線、震源參數估計；以真實案例驗證流程。
工具與帳號（必備清單）
雲端環境
- Google Colab（免安裝、快速試作）
- GitHub Codespaces（可重現、團隊協作）
Python 套件
- ObsPy（地震波形 I/O 與處理）
- PyGMT（地理製圖）
- Matplotlib / Numpy / Pandas
作品呈現
- Gradio / Streamlit（互動介面）
- Hugging Face Spaces / GitHub Pages（上線）
＊建議先在 Colab 完成原型，再搬到 Codespaces 版本控管與最終上線。
實際案例｜2024-04-03 花蓮近海地震
案例背景
2024 年 4 月 3 日，臺灣花蓮近海發生強震；不同機構報導規模略有差異（如 CWA 約 Mw 7.2、USGS 約 Mw 7.4）。 本案例示範：資料取得 → 事件篩選 → 波形處理 → 震央地圖 → 強度概念。
| 步驟 | 說明 |
|---|---|
| 資料來源 | 開放地震資料服務（如 FDSN/IRIS 或本地資料庫） |
| 關鍵資料 | 事件時間、震央位置、深度、規模、觀測站波形 |
| 處理流程 | 去趨勢、去平均、濾波、P/S 波初動判讀、到時估算 |
| 視覺化 | PyGMT 震央與測站分布、Matplotlib 走時與波形片段 |
小實作（縮短版指引）
- 使用 ObsPy 下載指定時間範圍內的事件與測站清單。
- 抓取 5–10 個測站的短時窗波形（事件後 2–4 分鐘）。
- 對每條波形做去趨勢、去平均與 bandpass 濾波（例如 0.5–10 Hz）。
- 在圖上標出疑似 P 波初動點，並比較站距 vs. 到時。
- 用 PyGMT 繪製震央、測站、等距圈（great circle）示意圖。
延伸：比較不同濾波參數對初動判讀的影響；嘗試自動化 picker（如 classic STA/LTA）。
討論引導（Report 提示）
- 不同資料來源之規模與位置為何略有差異？影響解讀與應用嗎？
- P/S 波到時能否支持你對震央方位的直覺？有無明顯站台「異常」？
- 如果要做「簡易即時強度估計」，你需要哪些額外資訊？
學習任務與評量
任務 A｜環境建置
完成 Colab 與 Codespaces 測試；能在 Python 中印出 obspy.__version__ 與 pygmt.__version__。
任務 B｜資料處理
以花蓮地震為例，截取 3 個測站波形，完成前處理與初動標記，輸出波形圖。
任務 C｜地圖與報告
使用 PyGMT 畫出震央與測站分布圖，撰寫 1–2 頁討論（方法、結果、限制、未來工作）。
評量建議
- 過程重現性（程式碼與 README 清楚、可在助教端重跑）。
- 圖表品質（標示完整、單位與圖例正確、配色一致）。
- 討論深度（不只描述結果，也反思不確定性與限制）。
常見問題（FAQ）
需要在自己電腦安裝所有套件嗎？
不一定。建議先用 Colab 快速跑通，再到 Codespaces 建立可重現環境，最後再考慮本機安裝。
地圖一定要用 PyGMT 嗎？
不強制，但 PyGMT 的地理底圖與投影很方便。如果你想用 Cartopy 或 Folium 也可，重點是圖面資訊完整。
我沒有真實測站資料怎麼辦？
可用公開 FDSN/IRIS 下載示例資料，或與助教申請教學用資料集。
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